Найдена убегающая черная дыра, оставляющая за собой след из новорожденных звезд
След, обнаруженный в газе, окружающем далекую галактику, может быть дымящимся пистолетом, указывающим на убегающую сверхмассивную черную дыру.
На основе анализа света, который путешествовал более 7,5 миллиардов лет, чтобы достичь США, группа астрономов представила доказательства существования колоссального объекта, выброшенного из галактики-хозяина 39 миллионов лет назад, который в настоящее время мчится через межгалактическое пространство со скоростью 1600 километров (994 мили) в секунду.
Хотя черный цвет сама дыра невидима, ее следа нет: толчки, оставленные в разреженной межгалактической среде, оставляют за собой след звездообразования в сжатом газе. Работа команды показывает, как мы можем идентифицировать бездействующие сверхмассивные черные дыры, выброшенные из своих галактик, чтобы невидимо и беспрепятственно перемещаться через межгалактическое пространство.
Исследование, проведенное астрофизиком Питером ван Доккумом из Йельского университета, было завершено. принято в The Astrophysical Journal Letters и доступно на сервере препринтов arXiv.
Идея о том, что сверхмассивная черная дыра может быть выброшена из своей галактики, на самом деле не так уж и странна. На самом деле, астрономы уже идентифицировали то, что, по их мнению, может быть несколькими сверхмассивными черными дырами, выброшенными из центров их галактик (хотя ни одна из них еще не вышла в межгалактическое пространство), и даже одной галактикой, в которой, похоже, вообще отсутствует сверхмассивная черная дыра. p>
Но у всех этих сверхмассивных черных дыр была одна общая черта: они активны, а это значит, что они окружены облаком вещества, которое падает в их зияющие роковые пасти. Этот процесс генерирует безумное количество тепла и света, что значительно облегчает их обнаружение.
Но не все черные дыры активны. А те, которые в перерывах между перекусами занимаются своими делами, просто занимаются своими делами, не излучают света, который мы можем обнаружить, и поэтому практически невидимы для наших технологий.
Однако что-то столь же весомое, как сверхмассивная черная дыра — в миллионы и миллиарды раз больше массы Солнца — может все еще оставлять следы, которые мы можем обнаружить. Ван Доккум и его коллеги предположили, что след выброшенной сверхмассивной черной дыры может быть обнаружен в газе, окружающем галактику, известном как окологалактическая среда.
Открытие было сделано в ходе других расследований. Исследователи использовали Хаббл для изучения гораздо более близкой карликовой галактики под названием RCP 28. Именно на этом изображении они обнаружили что-то, что могло быть просто следом убегающей сверхмассивной черной дыры.
На изображении была обнаружена яркая полоса, направленная прямо в центр неправильной галактики. Первоначально исследователи думали, что это космические лучи, но они проявились в обоих фильтрах, используемых для обработки изображений. Итак, в октябре 2022 года они сделали дополнительные снимки с помощью обсерватории Кека, чтобы рассчитать красное смещение галактики и полосу. Это дало им размер: полоса имеет длину более 200 000 световых лет.
Анализ показал, что галактика и полоса имеют одинаковое красное смещение, а это означает, что они, вероятно, связаны друг с другом, а полоса и галактика имеют тот же цвет. Команда никогда не видела ничего подобного.
Присмотревшись, они обнаружили, что полоса не была однородной по цвету или яркости. На нем также видны признаки сильной ионизации и ударные области. Некоторую часть ионизации можно было бы объяснить присутствием очень молодых, горячих и массивных звезд; это согласуется с астрофизическими ударами, которые имеют тенденцию сжимать газ и заставлять его сгустки коллапсировать под действием гравитации, образуя молодые звезды.
Полосы света, исходящие из центров галактик, не являются чем-то необычным; обычно это астрофизические джеты, мощные узкие потоки плазмы, движущиеся с околосветовыми скоростями, запускаемые из полярных областей активных сверхмассивных черных дыр. Однако полоса, обнаруженная командой, не показывает ни одного из признаков астрофизического джета.
Вполне возможно, предположила команда, что прохождение джета могло оставить за собой след звездообразования; но полоса на изображениях не соответствует ни одному зарегистрированному наблюдаемому или смоделированному случаю звездообразования, вызванного струей.
На самом деле наблюдаемая полоса оказывается полной противоположностью того, что астрономы ожидают от струя газа; наиболее сильна в самой дальней точке галактики, где меньше материала, и сужается на большем расстоянии, а не распространяется подобно струе.
Команда считает, что лучшим объяснением является убегающая сверхмассивная черная дыра, возмущает и сжимает окологалактическую среду по мере прохождения, оставляя после себя звездообразование.
Вы, вероятно, задаетесь вопросом, что может выбросить сверхмассивную черную дыру из своей галактики, и ответ таков: еще одна сверхмассивная черная дыра. Или два. По сценарию исследователей, когда-то давно слились две галактики; сверхмассивные черные дыры в ядрах этих галактик объединились в двойную сверхмассивную черную дыру и некоторое время оставались такими.
Затем появилась третья галактика, и сверхмассивная черная дыра в ней опустилась до центр недавно слившегося трио галактик, что привело к взаимодействию трех тел, известному как механизм Хиллса, который отбросил одну из черных дыр прочь на высокой скорости.
Будущие наблюдения на разных длинах волн помогут астрономам выяснить, так ли это на самом деле. Между тем, поскольку эта функция настолько отличительна, другие примеры должно быть относительно легко найти, особенно с более мощными инструментами, такими как грядущий инфракрасный космический телескоп Нэнси Роман Грейс.
«Мы доказываем, что эта функция вслед за неуправляемой SMBH, опираясь на небольшое количество статей, написанных по этой теме за последние пятьдесят лет», — пишут исследователи в своей статье.
«Эта область могла бы выиграть от дальнейших теоретических работа, особенно потому, что в этих работах предлагаются различные механизмы формирования следов. Гидродинамическое моделирование, моделирующее толчки, а также учитывающее гравитационные эффекты, может объединить эти первоначальные исследования в самосогласованную структуру.»
Исследование принято к публикации в The Astrophysical Journal Letters и доступно на arXiv.
